极软煤层动压巷道围岩大变形特征及全锚索支护技术研究

极软煤层回采巷道巷帮变形破坏严重,传统锚网索支护无法有效控制巷道稳定,常常出现前掘后修的问题.以郭二庄矿22311工作面回风巷煤帮强烈变形问题为背景,分析极软煤体物理力学特征及破碎机理,研究巷道煤帮强烈大变形规律,提出巷道短锚索支护+长锚索补强的全锚索加固技术.结果表明:煤体表观上结构致密,实则其内部孔隙由大量的黏土矿物填充,致使煤体极易发生崩解破坏,煤体原始强度及开采扰动后残余强度均较低;煤样在外载荷作用下内部会形成竖向贯通性X型裂隙,巷帮煤体在该裂隙扩展中形成由外向内的渐进性滑移破坏线,导致巷帮部分锚杆失效、锚索破断;巷道全锚索支护较原锚杆支护围岩支护强度提高了1.67倍,煤体承载能力得到了加强,锚固结构控制围岩范围增大了近1倍,抑制了围岩滑移破坏.现场试验表明:巷道围岩变形满足正常使用要求,锚索受力在合理载荷范围内.全锚索支护技术是极软弱煤岩体巷道支护的重要方法之一.     

大采高双次动压影响软煤巷道耦合让均压支护技术

为了解决松软煤层动压巷道围岩控制的难题,基于长平煤矿4314工作面工程地质条件,采用耦合让均压支护理念,对锚杆支护中支护体与围岩之间的相互作用关系进行研究,提出了松软煤层动压巷道支护关键点。工业性试验结果表明:采用蛇形结构锚杆、鸟窝结构锚索和让均压环后,煤帮锚固效果得到有效改善,锚杆、锚索在服务期间受力均匀;巷道两帮采用非对称设计,优化巷帮锚索布置方式和支护强度,改善煤体侧巷帮锚索对回采影响;巷道受大采高工作面两次动压影响后,巷两帮最大移近量为575mm,顶板最大下沉量为155mm,巷道服务期间围岩变形得到有效控制。     

松软煤层高帮巷道巷帮控制技术

针对松软煤层高帮动压巷道围岩变形特点,以阳泉上社煤矿地质条件为对象,分析了巷帮破坏机理和解决对策。松软高帮在不均衡应力和顶帮不同强度的作用下,发生剪切破坏,并在巷道四角处产生剪应力集中区;高预应力锚索支护松软高帮时,可减小塑性破坏范围和剪应力集中程度。结合注浆加固作用特点,提出松软高帮的高预应力注浆锚索支护技术。井下实践表明,松软高帮巷道巷帮高预应力注浆锚索全高支护可有效控制巷帮大变形,提高围岩稳定性,试验效果良好。     

锚杆支护在回采动压影响区域的应用

根据矿压活动规律,探索锚杆支护在回采动压影响区域的应用,增加了巷帮煤体的完整性,提高了支护强度,确保巷道两帮变形的整体移进。     

近距离煤层群下煤层回采巷道强顶稳帮支护技术

为解决近距离煤层群开采动压影响回采巷道围岩控制的问题,针对某煤矿处在近距离煤层群上煤层采动影响下的40107工作面回风巷的地质条件和巷道变形破坏特征,分析了巷道失稳破坏的主要原因及其加固机理,提出了以顶板高支护强度、帮部高稳定性为核心的加固技术。结果表明:40107工作面回风巷顶底板累计移近量控制在202 mm左右,两帮累计移近量控制在46 mm左右,保证了巷道的正常使用。     

孤岛工作面动压影响留巷顺槽破坏机理及加固技术研究

通过调查成庄矿二盘区2318孤岛工作面留巷顺槽的地质条件、支护状况和变形破坏特征;理论研究动压影响留巷顺槽变形破坏机理及原因,借助数值模拟软件UDEC计算分析不同支护方式对影响巷道稳定性因素和受动压影响巷道围岩加固作用机理。针对巷道变形破坏程度和顺槽巷道加固特点提出,采用围岩表面喷浆封闭堵漏和深孔注浆相结合加固方案,并在2236副巷进行了现场试验。试验表明,加固后有效控制了孤岛面留巷顺槽围岩变形,能够满足使用的安全,降低巷修成本,具有显著的经济效益。     

南关煤业受动压影响巷道钢管混凝土支架支护应用研究

南关煤业西翼轨道巷、西翼皮带巷和西翼回风巷属于典型的受动压影响的大变形难维护的巷道,为保证煤矿的安全生产,巷道开挖后处于频繁返修的状态,需要投入大量的人力物力。为解决南关煤业三条大巷存在的支护问题,在分析巷道围岩条件、原岩应力和原有支护变形特征的基础上,提出了基于钢管混凝土支架的复合支护方案,在3209工作面采动影响区域进行了现场对比试验。试验结果表明,与其他加固方式相比,钢管混凝土支架支护段围岩变形得到了有效控制,所设计的钢管混凝土支架支护方案适用于南关煤业动压巷道支护。     

上社矿动压回采巷道全断面长短锚索强帮护顶支护原理及应用

针对上社矿15502进风巷受动压影响围岩帮部变形量大的特点,分析了动压回采巷道围岩变形破坏机理,提出了动压回采巷道全断面长短锚索强帮护顶支护原理,并结合FLAC~(3D)数值模拟结果,最终确定了上社煤矿15502进风巷最优支护方案。本支护方案以全断面长短锚索强帮护顶支护原理为指导思想,以高预应力长短锚索为关键技术。矿压监测结果表明,该方案可有效地控制动压回采巷道变形。     

强烈动压巷道支护技术探讨

针对强烈动压巷道支护问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析研究了受动压影响煤柱内支承压力分布特征及其内部巷道围岩变形特征,通过对实验点的生产地质条件调查和地质力学测试和评估,发现在煤柱内掘进巷道会造成巷道围岩塑性区加大,顶板和巷道两帮出现大量的离层和裂隙,煤体胶结程度差,完整性低,巷道在掘进期间有害变形量较大,影响巷道整体支护效果,容易出现冒顶片帮等事故。提出采用强力锚杆支护系统配合高强度托板和金属网的方式进行支护。以王台铺煤矿15号煤XV13102副巷为例,介绍了强力锚杆支护系统的方案设计、现场试验和矿压监测。研究结果表明,强力锚杆支护系统改善了巷道受力状态,提高了支护系统的承载能力和完整性,达到了预期支护效果,保证了巷道的正常使用。     

煤巷掘进巷帮变形破坏特征及补强支护技术研究

11307运输巷存在巷帮变形量大、控制难度高等问题，结合现场巷道围岩变形情况、围岩条件以及钻孔窥视结果，发现巷帮软岩夹矸层、巷帮浅部裂隙发育以及地应力等综合作用是导致巷帮围岩变形量大的主要原因。提出通过注浆强化巷帮浅部煤体稳定性、锚索提高浅部煤体变形控制效果，并具体给出补强加固技术参数。现场应用后，11307运输巷在掘进期间实体煤帮及煤柱帮变形量分别为36 mm、78 mm,回采期间实体煤帮及煤柱帮变形量分别为191 mm、190 mm,在巷道掘进及使用期间巷帮变形量均较小，采用的巷帮补强加固方案可满足围岩控制需要，确保支护体系可靠、稳定工作。     

高煤帮破坏机理及控制技术

针对高煤帮巷道两帮的大变形问题,以霍尔辛赫煤层条件为例,数值模拟分析了其煤帮破坏机理,即在围岩压力下产生压剪破坏,四角形成强剪切区,连接成似"C"形剪切带,上部煤体斜向滑移,在巷帮中部变形最大;采用锚杆锚索联合支护后,剪切应变值及塑性破坏范围均有所减小。根据模拟结果及相关成功工程经验,提出煤帮层次化支护技术,即锚索或注浆锚索配合锚杆支护。在西辅运大巷进行了强力锚杆锚索控制高煤帮的现场试验,监测表明巷帮锚索有效控制了帮部顶角剪切滑移造成的失稳,巷道变形和离层均较小,取得较好支护效果。     

强烈变形后锚网支护巷道的刷大改造技术实践

文章针对漳村煤矿2303风巷锚杆支护巷道在强烈动压下变形严重的问题作了分析研究,并采取了刷大技术改造的措施。通过此次改造,在实践中提高了对锚网支护离层的认识,积累了动压影响下巷道锚网支护挑顶扩帮技术经验。     

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。     

动压沿空巷道围岩变形演化规律的物理模拟

为了研究动压沿空巷道在煤柱宽度一定时,不同支护结构形式下围岩的变形破坏演化规律,利用新研制的地下工程综合模拟试验系统和先进的数字图像采集及相关分析技术,对动压沿空巷道在无支护、锚梁网索支护及支架支护3种不同支护形式下的围岩变形破坏与失稳全过程进行了研究.结果表明:实体煤巷在无支护情况下围岩表面位移大致分为加速变形、缓慢变形和二次加速变形三阶段;对于动压沿空巷道,在本工作面回采影响期间,巷道围岩变形远远大于掘进影响期间,锚杆加固范围内的煤体碎胀量主要发生在掘巷期间,而在回采影响期间,巷道周边位移主要是由深部煤体碎胀所引起;强烈采动影响阶段是动压沿空巷道围岩控制的难点,另外,锚梁网索支护较支架支护更适用于围岩变形量较大的动压沿空巷道.     

近断层采动巷道变形破坏机制与控制技术研究

针对红岭煤矿近断层采动巷道(15141上巷)掘进期间围岩非对称变形破坏与支护结构失效严重等现象,对其变形破坏机制与控制技术进行了数值模拟与工程应用研究。结果表明,断层附近的非对称采动应力场、巷道关键部位的剪切滑移破坏以及煤岩体碎胀变形是造成该类巷道非对称大变形和支护失效的主要原因。利用非对称耦合支护原理和让压锚杆工作原理,提出了该类巷道围岩控制技术,即采用高强让压锚杆、锚索以及注浆加固对关键部位进行加强支护,控制关键部位的剪切滑移破坏、提高其承载能力,减弱围岩关键部位产生的差异性变形,促使支护结构均匀承载,从而实现控制巷道非对称大变形的目的。工程实践表明:采用高强让压锚杆、锚索与注浆加固的非对称支护技术后,巷道变形量与非对称性得到有效控制,巷道围岩稳定性大幅提高。     

急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:① 巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;② 巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;③ 巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;④ 提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

动压影响下回采巷道变形破坏机理及加固技术研究

为解决区段煤柱上支承压力及工作面动压的叠加影响下的回采巷道围岩控制困难的问题,针对大佛寺煤矿41103工作面运输巷的地质条件和巷道变形破坏特征,分析了巷道变形破坏的主要原因及其加固机理,提出了在提高原有支护的支护强度与刚度的基础上,适时根据巷道围岩状况和巷道围岩移动变形特点,采用更高强度的锚杆、锚索对原有锚网支护承载结构的薄弱部位进行强化的加固技术方案。工程实践结果表明:在工作面回采期间,41103工作面运输巷两帮及顶底板最大累计移近量分别控制在222mm、297mm左右,保证了巷道的正常使用要求。     

特厚煤层大断面强烈动压巷道支护技术

针对斜沟煤矿23105工作面14.5 m特厚煤层皮带巷大断面强烈动压巷道支护技术难题,采用理论分析和数值计算相结合的方式,分析了巷道变形机理和应力分布特征,提出了特厚煤层大断面强烈动压巷道支护控制技术。经现场应用可得,采用高预应力强力顶、帮耦合支护技术有效控制了特厚煤层大断面强烈动压巷道变形,取得了良好的支护效果。     

突出矿井叠加应力影响巷道围岩破坏特征及控制对策

以晋煤集团寺河煤矿巷道为工程背景,研究叠加应力影响下巷道围岩变形破坏特征,表现出剧烈底鼓、巷帮严重收敛、顶煤破碎下沉、长时间持续变形、支护体严重破坏等特点,在此基础上分析得出强烈耦合高应力、初期支护强度刚度不足且后期补强不及时、瓦斯抽采导致巷帮煤体强度降低是巷道变形破坏的三个主要影响因素。针对井下巷道中存在的问题,提出围岩控制对策和改进意见。